RU2410222C2 - Replanishable leadless solder and method of concentrating copper and nickel in soldering bath - Google Patents

Replanishable leadless solder and method of concentrating copper and nickel in soldering bath Download PDF

Info

Publication number
RU2410222C2
RU2410222C2 RU2007148249/02A RU2007148249A RU2410222C2 RU 2410222 C2 RU2410222 C2 RU 2410222C2 RU 2007148249/02 A RU2007148249/02 A RU 2007148249/02A RU 2007148249 A RU2007148249 A RU 2007148249A RU 2410222 C2 RU2410222 C2 RU 2410222C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
concentration
bath
solder
lead
inclusive
Prior art date
Application number
RU2007148249/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007148249A (en
Inventor
Тетсуро НИШИМУРА (JP)
Тетсуро НИШИМУРА
Original Assignee
НИХОН СЬЮПИРИЕР СХА Ко., ЛТД.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by НИХОН СЬЮПИРИЕР СХА Ко., ЛТД. filed Critical НИХОН СЬЮПИРИЕР СХА Ко., ЛТД.
Publication of RU2007148249A publication Critical patent/RU2007148249A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2410222C2 publication Critical patent/RU2410222C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/08Soldering by means of dipping in molten solder
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • B23K1/0016Brazing of electronic components
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/26Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
    • B23K35/262Sn as the principal constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C13/00Alloys based on tin
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36Electric or electronic devices
    • B23K2101/42Printed circuits
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3457Solder materials or compositions; Methods of application thereof
    • H05K3/3463Solder compositions in relation to features of the printed circuit board or the mounting process
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3457Solder materials or compositions; Methods of application thereof
    • H05K3/3468Applying molten solder

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating With Molten Metal (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Molten Solder (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: part, a p.c.b. coated by copper film, or a copper wire terminal, or a copper strip terminal, is dipped into, soldering bath, said part after soldering being subjected to processing by air knife or stamp. After Cu concentration in bath with solder exceeds check value and Ni concentration drops below said value, replenishing leadless solution is fed into bath, consisting mainly of Sn and containing, at least, Ni in amount of 0.01 wt % to 0.5 wt %. After feeding leadless solder of said composition, solder concentration, changed abruptly, quickly returns into required range.
EFFECT: soldering without changing solder.
5 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к бессвинцовому припою, которые пополняют с целью регулирования концентрации меди (Сu) и никеля (Ni) в ванне для пайки погружением при быстром изменении их концентраций под влиянием конкретных условий последующего процесса, а также к способу регулирования концентрации Сu и Ni в указанной ванне при конкретных условиях.The present invention relates to lead-free solder, which is replenished with the aim of regulating the concentration of copper (Cu) and nickel (Ni) in the bath for brazing by immersion at a rapid change in their concentrations under the influence of specific conditions of the subsequent process, as well as to a method for controlling the concentration of Cu and Ni in said bath under specific conditions.

Предпосылки создания изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

Известен квазиэвтектический оловянно-свинцовый (Sn-Pb) припой, который имеет широкое применение благодаря низкой точке плавления и надежности. Тем не менее с учетом требований к охране окружающей среды растет потребность в бессвинцовом припое. В настоящее время широко применяется бессвинцовый оловянно-медный (Sn-Cu) припой, в частности оловянно-медно-никелевый (Sn-Cu-Ni) припой с более высокой текучестью, чем другие бессвинцовые припои. Sn-Cu-Ni припой является предпочтительным, поскольку исключает дефекты пайки, в том числе сглаживание поверхности пайки, перемычки, соединения со сквозным отверстием, непропаянные соединения и т.п., способные создавать проблемы в условиях массового производства.Known quasi-eutectic tin-lead (Sn-Pb) solder, which is widely used due to its low melting point and reliability. Nevertheless, taking into account environmental requirements, the need for lead-free solder is growing. Currently, lead-free tin-copper (Sn-Cu) solder is widely used, in particular tin-copper-nickel (Sn-Cu-Ni) solder with a higher fluidity than other lead-free solders. Sn-Cu-Ni solder is preferred because it eliminates soldering defects, including smoothing the surface of the solder, jumpers, connections with a through hole, unsoldered joints, etc., which can cause problems in mass production.

Печатную плату электронных устройств с покрытием из медной пленки и компоненты электронной схемы с медными проволочными или ленточными выводами погружают в ванну для пайки. Медь способна растворяться в ванне для пайки погружением, в результате чего ее концентрация в ванне постепенно повышается. В результате, образуется интерметаллическое соединение Sn-Cu с высокой температурой плавления, не плавящееся при заданной температуре плавления в ванне. Это соединение сцепляется с деталью для пайки. Таким образом, ухудшается качество пайки. В Japanese Open Gazette, номер 2001-237536 предложена методика регулирования концентрации с целью преодоления данного недостатка. Согласно предложенной методике в ванну подают дополнительный припой с низкой концентрацией Сu, чтобы поддерживать концентрацию Сu на постоянном уровне или ниже его.The printed circuit board of electronic devices coated with a copper film and the components of the electronic circuit with copper wire or ribbon leads are immersed in a soldering bath. Copper is able to dissolve in an immersion soldering bath, as a result of which its concentration in the bath gradually rises. As a result, an Sn-Cu intermetallic compound with a high melting point is formed that does not melt at a given melting point in the bath. This connection engages with the solder part. Thus, the soldering quality is degraded. Japanese Open Gazette, No. 2001-237536, proposes a concentration control technique to overcome this drawback. According to the proposed method, an additional solder with a low concentration of Cu is added to the bath in order to maintain the concentration of Cu at a constant level or below it.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачи изобретенияObjectives of the invention

После лужения путем погружения детали в ванну для пайки и затем ее извлечения из ванны для пайки обычно осуществляют выравнивание с использованием так называемого выравнивателя припоя воздушным ножом (горячим воздухом), в дальнейшем именуемого HASL (от английского - hot-air solder leveler). В процессе выравнивания избыток припоя удаляют с помощью воздушного ножа путем продувания детали воздухом высокой температуры и давления. В результате этой операции повышение концентрации существенно превышает предполагаемое изменение концентрации Сu в ванне для пайки погружением согласно описанной методике регулирования концентрации Сu. Более точно, несмотря на небольшую площадь обработки детали, скорость повышения концентрации Сu в ванне очень высока. Это конкретное явление также имеет место при протяжке детали с использованием штампа.After tinning, by immersing the part in the soldering bath and then removing it from the soldering bath, alignment is usually carried out using the so-called solder equalizer with an air knife (hot air), hereinafter referred to as HASL (from the English - hot-air solder leveler). During the alignment process, excess solder is removed with an air knife by blowing the part with high temperature and pressure air. As a result of this operation, the increase in concentration significantly exceeds the expected change in the concentration of Cu in the dip bath according to the described method for controlling the concentration of Cu. More precisely, despite the small processing area of the part, the rate of increase in the concentration of Cu in the bath is very high. This particular phenomenon also occurs when drawing parts using a stamp.

Когда HASL удаляет избыток припоя с детали после ее погружения в ванну для пайки, концентрация Ni в Sn-Cu-Ni бессвинцовом припое в ванне быстро падает, несмотря на небольшую обрабатываемую площадь детали. Снижение концентрации Ni приводит к ухудшению текучести расплавленного припоя и образованию дефектов сглаживания поверхности пайки, отверстий, непропаянных соединений и других дефектов. В условиях массового производства эти дефекты способны создавать серьезные сложности, такие как остановка целой производственной линии. В связи с этим, регулирование концентраций Сu и Ni в ванне для пайки погружением является весьма важным фактором обеспечения надежности производства.When HASL removes excess solder from a part after it is immersed in a solder bath, the Ni concentration in Sn-Cu-Ni lead-free solder in the bath drops rapidly, despite the small workpiece area. A decrease in the concentration of Ni leads to a deterioration in the fluidity of the molten solder and the formation of defects to smooth the surface of the solder, holes, unsoldered joints and other defects. In the context of mass production, these defects can create serious difficulties, such as stopping an entire production line. In this regard, the regulation of the concentrations of Cu and Ni in the bath for brazing by immersion is a very important factor in ensuring the reliability of production.

Устранение названных недостатков положено в основу настоящего изобретения, задачей которого является создание бессвинцового припоя, пополняемого с целью регулирования быстро меняющихся концентраций Сu и Ni и их доведения до приемлемого диапазона без замены припоя, находящегося в ванне для пайки погружением, и также способа регулирования концентраций Сu и Ni.The elimination of these disadvantages is the basis of the present invention, the task of which is to create a lead-free solder, replenished with the aim of regulating rapidly changing concentrations of Cu and Ni and bringing them to an acceptable range without replacing the solder in the bath for brazing by immersion, and also a method of controlling the concentration of Cu and Ni.

Средства решения задач изобретенияMeans for solving the problems of the invention

Автором настоящего изобретения проведены исследования с целью получения раствора, реагирующего на быстрое изменение концентраций Сu и Ni в расплавленном припое в ванне для пайки погружением, что было неосуществимо обычными способами. Более точно, исследованы конкретные условия применения HASL или штампа в последующем процессе. Конкретные условия отличаются от условий способа регулирования концентрации, принятого при пайке волной припоя, когда распыляют расплавленный припой и создают волну, а Сu растворяют только тогда, когда волна сталкивается с задней поверхностью печатной платы.The author of the present invention conducted research to obtain a solution that responds to a rapid change in the concentration of Cu and Ni in the molten solder in the bath for brazing by immersion, which was not feasible by conventional methods. More precisely, the specific conditions for the use of HASL or a stamp in a subsequent process have been investigated. Specific conditions differ from the conditions of the concentration control method adopted by wave soldering, when the molten solder is sprayed and a wave is created, and Cu is dissolved only when the wave collides with the back surface of the printed circuit board.

Например, поскольку HASL распыляет воздух высокой температуры и давления, распыляемый воздух оказывает определенное ударное действие на саму деталь. В результате, происходит удаление не только припоя, но также некоторого количества Сu, находящейся на поверхности детали. В ходе дальнейших исследований было установлено, что физическая сила (ударное действие и т.п.), которой HASL и штамп воздействуют на деталь, удаляет слои припоя, включая слой на границе раздела (Ni, Сu)6Sn5, образующийся между Сu на поверхности детали и слоем припоя.For example, since HASL atomizes high temperature and pressure air, the atomized air exerts a certain impact on the part itself. As a result, not only the solder is removed, but also a certain amount of Cu located on the surface of the part. In the course of further studies, it was found that the physical force (impact, etc.) by which HASL and the stamp act on the part removes the solder layers, including the layer at the (Ni, Cu) 6 Sn 5 interface formed between Cu on surface of the part and a layer of solder.

Сu, которая в большем количестве присутствует на поверхности детали, чем на слое припоя, легко перемещается в слой на границе раздела между деталью и слоем припоя, в результате чего образуется слой с высоким содержанием Сu. Если слой припоя, включая слой на границе раздела между припоем и деталью, удаляют с помощью HASL или подобного устройства, в результате возврата припоя в ванну для пайки погружением в ней быстро повышается концентрация Сu.Cu, which is more present on the surface of the part than on the solder layer, easily moves into the layer at the interface between the part and the solder layer, resulting in a layer with a high content of Cu. If the solder layer, including the layer at the interface between the solder and the part, is removed using HASL or a similar device, the concentration of Cu rapidly increases as a result of the return of the solder to the soldering bath by immersion in it.

В результате быстрого повышения концентрации Сu в ванне для пайки погружением образуется интерметаллическое соединение Sn-Cu.As a result of the rapid increase in the concentration of Cu in the dip bath, an Sn-Cu intermetallic compound is formed.

Интерметаллическое соединение Sn-Cu остается на дне ванны. Поскольку при кристаллизации интерметаллического соединения Sn-Cu оно расходует Ni из ванны, концентрация Ni в ванне быстро падает. Даже если поддерживать рабочую температуру в ванне на уровне около 260°С, чтобы замедлить образование интерметаллического соединения Sn-Cu, быстрое повышение концентрации Сu невозможно регулировать. В результате, на дне ванны образуется интерметаллическое соединение Sn-Cu, что, естественно, приводит к захвату Ni. Ni, который в небольших количествах присутствует в бессвинцовом припое, обычно не содержится в детали, такой как печатная плата. При каждой обработке детали, концентрация Ni в ванне снижается. Поскольку небольшое количество Ni является существенным фактором припоя Sn-Cu-Ni, обеспечивающим высокую текучесть, для обеспечения надежности производства важно своевременно пополнять Ni, количество которого уменьшается в результате обработки детали.The Sn-Cu intermetallic compound remains at the bottom of the bath. Since it absorbs Ni from the bath during crystallization of the Sn-Cu intermetallic compound, the Ni concentration in the bath drops rapidly. Even if the operating temperature in the bath is maintained at about 260 ° C. in order to slow down the formation of the Sn-Cu intermetallic compound, a rapid increase in the Cu concentration cannot be controlled. As a result, an Sn-Cu intermetallic compound forms at the bottom of the bath, which naturally leads to the capture of Ni. Ni, which is present in small amounts in lead-free solder, is usually not found in parts such as printed circuit boards. With every part treatment, the Ni concentration in the bath decreases. Since a small amount of Ni is a significant factor in Sn-Cu-Ni solder providing high fluidity, it is important to replenish Ni in a timely manner to ensure production reliability, the amount of which decreases as a result of processing the part.

В случае применения конкретного устройства, такого как HASL, происходит резкое изменение концентраций Сu и Ni в ванне для пайки погружением, в связи с чем необходимо точное регулирование концентраций. В результате глубоких исследований упомянутых выше проблем стала понятна необходимость дополнительно пополнять количество припоя до повышения концентрации Сu на заданную величину, установленную в качестве максимального изменения концентрации, и до снижения концентрации Ni на заданную величину, установленную в качестве максимального изменения концентрации. Также было установлено, что оптимальное регулирование концентрации невозможно обеспечить без регулирования состава пополняемого бессвинцового припоя.In the case of a specific device, such as HASL, a sharp change in the concentration of Cu and Ni in the bath for soldering by immersion, in connection with which it is necessary to accurately control the concentration. As a result of in-depth studies of the above problems, it became clear the need to additionally replenish the amount of solder to increase the Cu concentration by a predetermined amount, set as the maximum concentration change, and to reduce the Ni concentration by a predetermined amount, set as the maximum concentration change. It was also found that optimal regulation of the concentration cannot be achieved without regulating the composition of the replenished lead-free solder.

Предложенный в настоящем изобретении бессвинцовый припой пополняют в ванне, в которую помещают деталь, представляющую собой печатную плату с покрытием из медной пленки, медный проволочный вывод или медный ленточный вывод, для следующей за пайкой обработки с использованием воздушного ножа или штампа. Бессвинцовый припой содержит Sn в качестве основного компонента и по меньшей мере Ni, концентрация которого находится в пределах от 0,01 мас.% включительно до 0,5 мас.% включительно. В результате пополнения бессвинцового припоя с данным составом в ванне, концентрация которого изменилась вследствие применения HASL или штампа при следующей за пайкой обработке, его состав быстро восстанавливается до соответствующего интервала концентраций.The lead-free solder proposed in the present invention is replenished in a bath in which a component consisting of a printed circuit board coated with a copper film, a copper wire terminal or a copper tape terminal is placed for subsequent soldering using an air knife or die. Lead-free solder contains Sn as the main component and at least Ni, the concentration of which is in the range from 0.01 wt.% Inclusive to 0.5 wt.% Inclusive. As a result of replenishment of lead-free solder with a given composition in the bath, the concentration of which changed due to the use of HASL or a stamp during subsequent processing, its composition is quickly restored to the corresponding concentration range.

Максимальная допустимая концентрация Сu в бессвинцовом припое, в котором регулируют концентрацию Сu и концентрацию Ni в ванне для пайки погружением, составляет 1,2 мас.%. Предпочтительно концентрация Сu составляет 0,7 мас.% или менее, исходя из регулирования образования интерметаллического соединения, такого как избыток (Ni, Сu)6Sn5.The maximum permissible concentration of Cu in a lead-free solder, in which the concentration of Cu and the concentration of Ni in the dipping brazing bath is controlled, is 1.2 wt.%. Preferably, the concentration of Cu is 0.7 wt.% Or less, based on the regulation of the formation of an intermetallic compound, such as an excess of (Ni, Cu) 6 Sn 5 .

Эвтектическая точка Sn-Cu соответствует 0,7 мас.%. Более предпочтительно концентрация Сu составляет 0,5 мас.% или менее. Наиболее предпочтительным является бессвинцовый припой Sn-Ni, вообще не содержащий Сu, поскольку быстрее всего снижается концентрация Сu во всей ванне. С другой стороны, концентрация Ni предпочтительно находится в пределах от 0,05 мас.% включительно до 0,3 мас.% включительно. Эвтектическая точка Sn-Ni соответствует 0,15 мас.%, а в качестве интервала установлено отклонение на 0,1 мас.% в меньшую сторону и на 0,15 мас.% в большую сторону от 0,15 мас.%. Предполагается, что в этом интервале легко регулировать пополнение Ni. Наиболее предпочтительный интервал находится в пределах от 0,1 мас.% включительно до 0,2 мас.% включительно. В этом интервале изменение концентрации Сu при пополнении припоя регулируют в узком диапазоне. Таким образом, стабилизируют состав припоя.The eutectic point Sn-Cu corresponds to 0.7 wt.%. More preferably, the concentration of Cu is 0.5 wt.% Or less. Most preferred is a lead-free Sn-Ni solder that does not contain Cu at all, since the concentration of Cu in the entire bath is most rapidly reduced. On the other hand, the concentration of Ni is preferably in the range from 0.05 wt.% Inclusive to 0.3 wt.% Inclusive. The eutectic point of Sn-Ni corresponds to 0.15 wt.%, And a deviation of 0.1 wt.% To the lower side and 0.15 wt.% To the larger side from 0.15 wt.% Is set as the interval. It is assumed that in this interval, it is easy to adjust the replenishment of Ni. The most preferred range is from 0.1 wt.% Inclusive to 0.2 wt.% Inclusive. In this interval, the change in the concentration of Cu during replenishment of the solder is regulated in a narrow range. Thus, stabilize the composition of the solder.

Предложенный в изобретении способ регулирования концентраций Сu и Ni в припое в ванне включает стадию, на которой деталь, представляющую собой печатную плату с покрытием из медной пленки, медный проволочный вывод или медный ленточный вывод, погружают в ванну с целью осуществления пайки и возвращают припой, удаляемый с детали воздушным ножом или штампом, в ванну. Бессвинцовый припой пополняют в ванне до того, как концентрация Сu в ванне повысится максимально на 0,5 мас.% относительно ее заданной величины, а концентрация Ni в ванне снизится максимально на 0,03 мас.% относительно ее заданной величины, при этом пополненный бессвинцовый припой содержит Sn в качестве основного компонента, Сu в концентрации 1,2 мас.% или менее и Ni в концентрации в пределах от 0,01 мас.% включительно до 0,5 мас.% включительно. Согласно данному способу быстро меняющиеся концентрации в ванне измеряют непрерывно или постоянно, а припой пополняют до того, как достигнута заданная величина повышения или заданная величина снижения концентрации. Соответствующее регулирование концентраций и снижение частоты возникновения дефектов пайки осуществляют даже в случае быстрого изменения концентраций Сu и Ni в ванне в результате применения HASL или штампа при следующей за пайкой обработке. Тем самым обеспечивают надежность производства без прерывания процесса пайки.The inventive method for controlling the concentrations of Cu and Ni in solder in a bath includes a stage in which a part consisting of a printed circuit board coated with a copper film, a copper wire lead or a copper tape output is immersed in the bath to solder and the solder removed is returned with a part with an air knife or a stamp into the bath. Lead-free solder is replenished in the bath before the concentration of Cu in the bath rises by a maximum of 0.5 wt.% Relative to its predetermined value, and the Ni concentration in the bath decreases by a maximum of 0.03 wt.% Relative to its predetermined value, while the replenished lead-free the solder contains Sn as the main component, Cu in a concentration of 1.2 wt.% or less, and Ni in a concentration ranging from 0.01 wt.% inclusive to 0.5 wt.% inclusive. According to this method, rapidly changing concentrations in the bath are measured continuously or continuously, and the solder is replenished before a predetermined increase in value or a predetermined decrease in concentration is achieved. Appropriate concentration control and a decrease in the frequency of soldering defects occur even in the case of a rapid change in the concentrations of Cu and Ni in the bath as a result of the use of HASL or a die during subsequent processing. This ensures reliable production without interrupting the soldering process.

Согласно предложенному в настоящем изобретении способу регулирования бессвинцовый припой пополняют до того, как концентрация Сu повысится максимально на 0,3 мас.% относительно ее заданной величины, а концентрация Ni снизится максимально на 0,02 мас.% относительно ее заданной величины. За счет этого сохраняется достаточный запас для обеспечения надежности производства, а в ванне для пайки погружением поддерживают низкую рабочую температуру. Данные показатели являются предпочтительными с точки зрения надежности производства. Что касается состава пополняемого бессвинцового припоя, в предложенном в настоящем изобретении способе регулирования применимы приведенные выше предпочтительные интервалы концентраций Сu и Ni.According to the control method proposed in the present invention, the lead-free solder is replenished before the Cu concentration increases by a maximum of 0.3 wt.% Relative to its predetermined value, and the Ni concentration decreases by a maximum of 0.02 wt.% Relative to its predetermined value. Due to this, a sufficient margin is maintained to ensure the reliability of production, and a low operating temperature is maintained in the dip bath. These indicators are preferred in terms of production reliability. Regarding the composition of the refillable lead-free solder, the above preferred ranges of Cu and Ni concentrations are applicable in the control method proposed in the present invention.

Преимущества настоящего изобретения обеспечивает любой из упомянутых вариантов осуществления, если бессвинцовый припой для пополнения помимо Сu и Ni содержит германий (Ge) и фосфор (Р) в качестве ингибитора окисления в концентрации около 0,1 мас.% каждый. Добавление Ge в большей степени способствует предотвращению выщелачивания Сu, чем добавление Р. Даже бессвинцовый припой, не содержащий других элементов помимо Sn, Сu и Ni, способен обеспечивать преимущества настоящего изобретения. Если сравнить бессвинцовый припой, дополнительно содержащий Ge и Р, и бессвинцовый припой, содержащий только Sn, Сu и Ni без дополнительных элементов, предпочтительным является первый из них. Бессвинцовый припой, дополнительно содержащий Ge и Р, ограничивает окисление припоя, за счет чего образуется меньше окислов (меньше окалины) и меньше окислов сцепляется изделиями. Пополняемый бессвинцовый припой, содержащий Со вместо Ni, имеет тот же недостаток, что и припой, содержащий Ni, но он преодолен в настоящем изобретении. Припою для пополнения может быть придана любая форма, например, прутка, проволоки и т.д., при этом преимущества настоящего изобретения обеспечивает припой в любой форме.The advantages of the present invention are provided by any of the aforementioned embodiments if the lead-free solder for replenishment in addition to Cu and Ni contains germanium (Ge) and phosphorus (P) as an oxidation inhibitor at a concentration of about 0.1 wt.% Each. The addition of Ge is more likely to prevent the leaching of Cu than the addition of P. Even a lead-free solder that does not contain elements other than Sn, Cu and Ni is able to provide the advantages of the present invention. If we compare the lead-free solder, additionally containing Ge and P, and the lead-free solder, containing only Sn, Cu and Ni without additional elements, the first of them is preferable. Lead-free solder, additionally containing Ge and P, limits the oxidation of the solder, due to which less oxides are formed (less scale) and fewer oxides are adhered to products. Refillable lead-free solder containing Co instead of Ni has the same drawback as solder containing Ni, but is overcome in the present invention. Any form, for example, wire rods, wires, etc., may be added to the replenishment solder, while any form of solder provides the advantages of the present invention.

Результат изобретенияResult of invention

Когда деталь извлекают из ванны после ее погружения и подвергают обработке с помощью HASL или штампа, предложенный в настоящем изобретении пополняющий припой сразу восстанавливает быстро меняющиеся в процессе обработки концентрацию Сu и концентрацию Ni до соответствующего интервала концентраций. Согласно настоящему изобретению пополняющий припой предотвращает образование различные дефектов, таких как отверстия и непропаянные соединения, в результате плохой текучести расплавленного бессвинцового припоя Sn-Cu-Ni. Обеспечивается надежное изготовление детали. В соответствии с предложенным в настоящем изобретении способом регулирования концентрации Сu и концентрации Ni в ванне частота возникновения дефектов в результате соответствующего регулирования снижается даже при быстром изменении концентрации Сu и Ni в ванне. Надежный процесс производства, в частности массового производства, продолжают без прерывания процесса пайки.When the part is removed from the bath after being immersed and subjected to HASL or die processing, the replenishing solder of the present invention immediately restores the Cu concentration and Ni concentration rapidly changing during processing to the appropriate concentration range. According to the present invention, replenishing solder prevents the formation of various defects, such as holes and unsoldered joints, as a result of poor fluidity of molten lead-free solder Sn-Cu-Ni. Reliable manufacturing of the part is ensured. According to the method of controlling the Cu concentration and Ni concentration in the bath proposed in the present invention, the frequency of occurrence of defects as a result of the corresponding regulation decreases even with a rapid change in the concentration of Cu and Ni in the bath. A reliable production process, in particular mass production, is continued without interruption of the soldering process.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:Below the invention is described in more detail with reference to the accompanying drawings, which show:

На фиг.1 - график изменения концентрации Сu и концентрации Ni в ванне для пайки погружением в процессе непрерывной пайки с использованием воздушного ножа (шабера) в следующем за пайкой процессе,Figure 1 - graph of changes in the concentration of Cu and the concentration of Ni in the bath for soldering by immersion in the process of continuous soldering using an air knife (scraper) in the process following soldering,

на фиг.2 - график изменения концентрации Сu и концентрации Ni в ванне в процессе непрерывной пайки с использованием воздушного ножа в следующем за пайкой процессе в соответствии с настоящим изобретением.figure 2 is a graph of changes in the concentration of Cu and the concentration of Ni in the bath during continuous brazing using an air knife in the following brazing process in accordance with the present invention.

Предпочтительные варианты осуществления изобретенияPreferred Embodiments

Далее описаны варианты осуществления настоящего изобретения. Сначала описан вариант осуществления, в котором для удаления избытка припоя с печатной платы после ее погружения в ванну для пайки используют воздушный нож устройства HASL.Embodiments of the present invention are described below. An embodiment is first described in which an HASL device air knife is used to remove excess solder from a printed circuit board after it has been immersed in a soldering bath.

В данном варианте осуществления используют бессвинцовый припой, не содержащий каких-либо элементов помимо Sn, Сu и Ni. Более точно, бессвинцовый припой содержит 0,7 мас.% Сu, 0,05 мас.% Ni и Sn, на долю которого приходится остальная процентная концентрация. Бессвинцовый припой плавится при температуре 265°С в ванне для пайки погружением. При таких условиях деталь, которой является печатная плата, опускают вертикально вниз и оставляют погруженной в расплавленный припой в ванне в течение от 1 до 5 секунд, а затем извлекают из ванны со скоростью от 10 см/сек до 20 см/сек. С помощью воздушного ножа HASL на обе примерно противолежащие стороны печатной платы из двух положений распыляют нагретый до температуры 280°С воздух, в результате чего при извлечении детали на нее воздействует давление воздуха от 0,098 МПа до 0,294 МПа. Такую операцию пайки повторяют несколько раз подряд и измеряют концентрацию Сu и концентрацию Ni в ванне при каждой обработке детали.In this embodiment, a lead free solder is used that does not contain any elements other than Sn, Cu and Ni. More precisely, the lead-free solder contains 0.7 wt.% Cu, 0.05 wt.% Ni and Sn, which accounts for the remaining percentage concentration. Lead-free solder melts at a temperature of 265 ° C in a dip bath. Under these conditions, the part, which is the printed circuit board, is lowered vertically down and left immersed in molten solder in the bath for 1 to 5 seconds, and then removed from the bath at a speed of 10 cm / s to 20 cm / s. Using a HASL air knife, air heated to a temperature of 280 ° C is sprayed from both positions of the opposite sides of the printed circuit board from two positions, as a result of which, when the part is removed, it is affected by air pressure from 0.098 MPa to 0.294 MPa. This soldering operation is repeated several times in a row and the Cu concentration and Ni concentration in the bath are measured at each treatment of the part.

На фиг.1 показан график изменения концентрации Сu и концентрации Ni в ванне при последовательном осуществлении описанного выше процесса пайки. В данном случае по оси ординат (оси Y) отложена концентрация Сu (мас.%) и концентрация Ni (мас.%), а по оси абсцисс (оси X) отложена обрабатываемая площадь (м2) детали, которой является печатная плата. Как показано на фиг.1, концентрация Сu в ванне быстро повышается, несмотря на небольшую площадь обработки детали, а концентрация Ni быстро снижается с увеличением обрабатываемой площади детали. При продолжении пайки и обработки с помощью HASL начинают образовываться нерастворимые интерметаллические соединения Sn-Cu, даже если рабочую температуру поддерживают на уровне 260°С или выше. Концентрация Сu в ванне перестает повышаться, когда на стенках и дне ванны образуется большое количество интерметаллических соединений Sn-Cu. Из-за этого приходится прекращать операцию пайки. Концентрация Ni продолжает снижаться даже после того, как перестает повышаться концентрация Сu. Это объясняется тем, что интерметаллические соединения Sn-Cu увеличивают захват Ni. Установлено, что резкое первоначально изменение концентрации примерно в 10 раз превышает скорость изменения концентрации Сu при пайке волной припоя (иными словами, градиент концентрации Сu растет при обработке печатной платы стандартной площади).Figure 1 shows a graph of the change in the concentration of Cu and the concentration of Ni in the bath during the sequential implementation of the soldering process described above. In this case, the ordinate (Y axis) shows the concentration of Cu (wt.%) And the concentration of Ni (wt.%), And the abscissa (X axis) shows the work area (m 2 ) of the part, which is the printed circuit board. As shown in FIG. 1, the concentration of Cu in the bath rises rapidly, despite the small processing area of the part, and the concentration of Ni decreases rapidly with increasing processing area of the part. With continued brazing and processing with HASL, insoluble Sn-Cu intermetallic compounds begin to form, even if the operating temperature is maintained at 260 ° C. or higher. The concentration of Cu in the bath stops increasing when a large number of Sn-Cu intermetallic compounds form on the walls and bottom of the bath. Because of this, it is necessary to stop the soldering operation. The concentration of Ni continues to decrease even after the concentration of Cu ceases to increase. This is because Sn-Cu intermetallic compounds increase Ni uptake. It was found that the sharp initial change in concentration is approximately 10 times higher than the rate of change in the concentration of Cu during wave soldering (in other words, the concentration gradient of Cu increases when processing a printed circuit board of a standard area).

Автор получил пополняющий бессвинцовый припой, содержащий 0,15 мас.% Ni и Sn, на долю которого приходится остальная процентная концентрация. Как и в описанном выше случае, операцию пайки осуществляют на печатной плате. В ванну вводят пополняющий припой и измеряют концентрацию Сu и концентрации Ni в ванне. Более точно, описанный выше пополняющий бессвинцовый припой вводят в ванну до того, как концентрация Сu на 0,5 мас.% превысит контрольное значение, а концентрация Ni снизится на 0,03 мас.% относительно контрольного значения. На фиг.2 показан график изменения концентрации Сu и концентрации Ni в ванне для пайки погружением. Стрелками указаны моменты времени, в которые вводили пополняющий бессвинцовый припой. До операции пайки контрольные значения обозначают исходные значения концентрации Сu и концентрация Ni в ванне, а во время операции пайки - значения концентрации Сu и концентрации Ni после максимального изменения концентрации Сu и концентрации Ni в результате введения пополняющего бессвинцового припоя (более точно, максимальное значение для Сu и минимальное значение для Ni).The author received a replenishing lead-free solder containing 0.15 wt.% Ni and Sn, which accounts for the remaining percentage concentration. As in the case described above, the soldering operation is carried out on a printed circuit board. Replenishing solder is introduced into the bath and the Cu concentration and Ni concentration in the bath are measured. More precisely, the replenishing lead-free solder described above is introduced into the bath before the Cu concentration by 0.5 wt.% Exceeds the control value and the Ni concentration decreases by 0.03 wt.% Relative to the control value. Figure 2 shows a graph of the change in the concentration of Cu and the concentration of Ni in the bath for soldering by immersion. The arrows indicate the time points at which the replenishing lead-free solder was introduced. Before the soldering operation, control values indicate the initial values of the Cu concentration and Ni concentration in the bath, and during the soldering operation, the values of Cu concentration and Ni concentration after the maximum change in the Cu concentration and Ni concentration as a result of introducing replenishing lead-free solder (more precisely, the maximum value for Cu and the minimum value for Ni).

Как показано на фиг.2, с увеличением обрабатываемой площади детали концентрация Сu быстро повышается, а концентрация Ni быстро снижается. При введении описанного выше пополняющего бессвинцового припоя концентрация Сu и концентрация Ni быстро восстанавливаются до значений, близких к их исходным значениям. Как показано, описанный выше пополняющий бессвинцовый припой вводят несколько раз, и с помощью измерителя концентрации контролируют повышение концентрации Сu и снижение концентрации Ni. Концентрацию Сu и концентрацию Ni регулируют с точностью до соответствующих интервалов с хорошей воспроизводимостью. Количество вводимого пополняющего бессвинцового припоя соответствующим образом определяют, исходя из соотношения с количеством расплавленного припоя в ванне. Что касается соответствующих интервалов концентрации Сu и концентрации Ni, концентрация Сu составляет от 0,6 мас.% включительно до 1 мас.% включительно, а концентрация Ni составляет от 0,02 мас.% включительно до 0,08 мас.% включительно.As shown in FIG. 2, with an increase in the machined area of the part, the Cu concentration rapidly increases, and the Ni concentration rapidly decreases. With the introduction of the replenishing lead-free solder described above, the Cu concentration and Ni concentration are quickly restored to values close to their original values. As shown, the replenishing lead-free solder described above is introduced several times, and an increase in the concentration of Cu and a decrease in the concentration of Ni are monitored with a concentration meter. The concentration of Cu and the concentration of Ni are controlled to within appropriate intervals with good reproducibility. The amount of lead-in replenishment added to the lead-free solder is appropriately determined based on the ratio of the amount of molten solder in the bath. As for the corresponding ranges of the concentration of Cu and the concentration of Ni, the concentration of Cu is from 0.6 wt.% Inclusive to 1 wt.% Inclusive, and the concentration of Ni is from 0.02 wt.% Inclusive to 0.08 wt.% Inclusive.

В другом варианте осуществления того же процесса и описанных выше измерений вводят бессвинцовый припой, содержащий Sn в качестве основного компонента, Сu в концентрации более 1,2 мас.% и Ni в концентрации менее 0,01 мас.% или более 0,5 мас.%. В данном случае даже при введении бессвинцового припоя в любое время в процессе операции пайки повышение концентрации Сu в ванне для пайки погружением невозможно регулировать, и регулирование концентрации не приносит результата. В то же время бессвинцовый припой, содержащий Сu в концентрации менее 1,2 мас.% и Ni в концентрации в пределах от 0,01 мас.% включительно до 0,5 мас.% включительно, позволяет регулировать концентрацию. В частности, регулирование концентрации относительно быстро осуществляют при использовании бессвинцового припоя, в котором концентрация Сu равна или меньше 0,7 мас.%. Когда концентрация Сu равна или меньше 0,5 мас.%, регулирование концентрации осуществляют даже еще быстрее. Быстрее и надежнее всего регулирование концентрации Сu осуществляют, когда бессвинцовый припой вообще не содержит Сu.In another embodiment of the same process and the above measurements, lead-free solder is added containing Sn as the main component, Cu at a concentration of more than 1.2 wt.% And Ni at a concentration of less than 0.01 wt.% Or more than 0.5 wt. % In this case, even with the introduction of lead-free solder at any time during the soldering operation, the increase in the concentration of Cu in the bath for immersion soldering cannot be controlled, and the concentration regulation does not bring any result. At the same time, a lead-free solder containing Cu in a concentration of less than 1.2 wt.% And Ni in a concentration ranging from 0.01 wt.% Inclusive to 0.5 wt.% Inclusive, allows you to adjust the concentration. In particular, the regulation of the concentration is relatively quickly carried out using a lead-free solder in which the concentration of Cu is equal to or less than 0.7 wt.%. When the concentration of Cu is equal to or less than 0.5 wt.%, The regulation of the concentration is carried out even faster. The fastest and most reliable way to control the concentration of Cu is when the lead-free solder does not contain Cu at all.

В другом варианте осуществления в бессвинцовом припое, содержащем Sn в качестве основного компонента, Сu в концентрации, равной или меньшей 1,2 мас.%, Ni в концентрации в пределах от 0,01 мас.% включительно до 0,5 мас.% включительно, стабилизируют концентрацию Ni в ванне с точностью до соответствующего интервала, в частности, от 0,02 мас.% включительно до 0,08 мас.% включительно. Если концентрация Ni находится в пределах от 0,05 мас.% включительно до 0,3 мас.% включительно, при регулировании концентрации Ni в ванне ее быстрее корректируют с точностью до соответствующего интервала. Снижение концентрации Ni в ванне быстрее всего восстанавливают, если концентрация Ni находится в пределах от 0,1 мас.% включительно до 0,2 мас.% включительно. При верхней предельной концентрации Ni надежно ограничивают образование интерметаллических соединений Sn-Cu.In another embodiment, in a lead-free solder containing Sn as the main component, Cu in a concentration equal to or less than 1.2 wt.%, Ni in a concentration ranging from 0.01 wt.% Inclusive to 0.5 wt.% Inclusive stabilize the concentration of Ni in the bath accurate to the appropriate interval, in particular from 0.02 wt.% inclusive to 0.08 wt.% inclusive. If the Ni concentration is in the range from 0.05 wt.% Inclusive to 0.3 wt.% Inclusive, when adjusting the concentration of Ni in the bath, it is more quickly adjusted with accuracy to the appropriate interval. The decrease in the concentration of Ni in the bath is most quickly restored if the concentration of Ni is in the range from 0.1 wt.% Inclusive to 0.2 wt.% Inclusive. At the upper limit concentration of Ni, the formation of Sn-Cu intermetallic compounds is reliably limited.

Если в рассматриваемом и другом варианте осуществления для следующей за пайкой обработки используют HASL или штамп, рабочую температуру в ванне для пайки погружением устанавливают в пределах от 260°С включительно до 300°С включительно. За счет этого регулируют образование в ванне тугоплавких интерметаллических соединений Sn-Cu в результате резкого изменения концентрации Сu и Ni под действием особых условий следующего за плавкой процесса. За счет этого обеспечивают достаточный запас по времени для введения пополняющего бессвинцового припоя, имеющего каждый из описанных выше составов. Иными словами, вводимый в ванну бессвинцовый припой может иметь состав в широких пределах. С учетом упомянутой настройки рабочей температуры даже бессвинцовый припой, содержащий Сu в концентрации, равной или меньшей 1,2 мас.%, также способен обеспечивать регулирование концентрации в ванне. Верхняя предельная температура составляет 300°С, поскольку при температуре выше 300°С в ванне происходит избыточное растворение Сu, находящейся на детали, и даже при использовании пополняющего бессвинцового припоя регулирование концентрации становится чрезвычайно сложным. Исходя из этого, наиболее предпочтительным верхним пределом рабочей температуры в ванне является 280°С.If a HASL or die is used in the present and another embodiment for the subsequent brazing treatment, the operating temperature in the immersion brazing bath is set to be from 260 ° C inclusive to 300 ° C inclusive. Due to this, the formation of refractory Sn-Cu intermetallic compounds in the bath is regulated as a result of a sharp change in the concentration of Cu and Ni under the action of special conditions following the melting process. Due to this, provide a sufficient margin of time for the introduction of replenishing lead-free solder having each of the above compositions. In other words, the lead-free solder introduced into the bath can have a wide composition. Taking into account the mentioned adjustment of the operating temperature, even a lead-free solder containing Cu in a concentration equal to or less than 1.2 wt.% Is also able to provide concentration control in the bath. The upper limit temperature is 300 ° C, since at a temperature above 300 ° C in the bath there is an excessive dissolution of Cu located on the part, and even when using replenishing lead-free solder, concentration control becomes extremely difficult. Based on this, the most preferred upper limit of the operating temperature in the bath is 280 ° C.

В другом варианте осуществления бессвинцовый припой вводят до того, как концентрация Сu повысилась максимально на 0,3 мас.% относительно ее заданной величины, а концентрация Ni снизилась максимально на 0,02 мас.% относительно ее заданной величины. Время непрерывной работы продлевается по сравнению с использованием бессвинцового припоя, который вводят при более значительной величине изменений, чем рассмотрена выше. Рабочая температура в ванне находится в относительно более низких пределах от 262°С до 263°С.In another embodiment, the lead-free solder is introduced before the Cu concentration has increased by a maximum of 0.3 wt.% Relative to its predetermined value, and the Ni concentration has decreased by a maximum of 0.02 wt.% Relative to its predetermined value. The time of continuous operation is extended in comparison with the use of lead-free solder, which is introduced with a more significant change than discussed above. The operating temperature in the bath is in a relatively lower range from 262 ° C to 263 ° C.

Далее описан другой конкретный вариант осуществления настоящего изобретения. В нем в ванну погружают медный проволочный вывод, а затем с помощью штампа удаляют избыток припоя, покрывающий проволочный вывод.The following describes another specific embodiment of the present invention. In it, a copper wire lead is immersed in the bath, and then, with the help of a stamp, the excess solder covering the wire lead is removed.

Как и в предыдущем варианте осуществления, в данном случае используют бессвинцовый припой, не содержащий других элементов помимо Sn, Сu и Ni. Более точно, используют бессвинцовый припой, содержащий Сu в концентрации 0,7 мас.%, Ni в концентрации 0,05 мас.% и Sn, на долю которого приходится остальная процентная концентрация. Бессвинцовый припой плавится при температуре 265°С в ванне. При таких условиях деталь, представляющую собой медный проволочный вывод, погружают в ванну. С целью повышения пластичности при протяжке штамп и медный проволочный вывод нагревают с помощью известного нагревательного устройства.As in the previous embodiment, in this case, a lead-free solder is used that does not contain other elements besides Sn, Cu and Ni. More precisely, a lead-free solder is used containing Cu at a concentration of 0.7 wt.%, Ni at a concentration of 0.05 wt.% And Sn, which accounts for the remaining percentage concentration. Lead-free solder melts at a temperature of 265 ° C in the bath. Under such conditions, the part, which is a copper wire output, is immersed in the bath. In order to increase ductility during broaching, the stamp and copper wire terminal are heated using a known heating device.

После протяжки медного проволочного вывода, покрытого бессвинцовым припоем, через штамп таким способом, как описан выше, с медного проволочного вывода удаляют Сu вместе с избытком припоя. Затем Сu растворяют в ванне, в результате чего происходит быстрое повышение концентрации Сu в ванне. Также происходит быстрое снижение концентрации Ni в ванне.After drawing the copper wire lead coated with lead-free solder through the die in the same manner as described above, Cu along with the excess solder is removed from the copper wire lead. Then Cu is dissolved in the bath, resulting in a rapid increase in the concentration of Cu in the bath. There is also a rapid decrease in the concentration of Ni in the bath.

Как и в случае использования HASL для следующей за пайкой обработки, использовался пополняющий бессвинцовый припой, содержащий 0,15 мас.% Ni и Sn, на долю которого приходится остальная процентная концентрация. Как описано выше, операцию пайки многократно осуществляют на медном проволочном выводе. Пополняющий бессвинцовый припой по мере необходимости вводят в ванну и измеряют концентрацию Сu и концентрацию Ni в ванне. Более точно, описанный выше пополняющий бессвинцовый припой добавляют в ванну до того, как концентрация Сu в ванне повысится максимально на 0,5 мас.% относительно ее заданной величины, а концентрация Ni в ванне снизится максимально на 0,03 мас.% относительно ее заданной величины. Контрольное значение задают так же, как это описано в предыдущем варианте осуществления, в котором в следующем за пайкой процессе используют HASL.As in the case of using HASL for the subsequent soldering treatment, a lead-free replenishing solder containing 0.15 wt.% Ni and Sn was used, which accounts for the remaining percentage concentration. As described above, the soldering operation is repeatedly performed on a copper wire terminal. Replenishing lead-free solder is introduced into the bath as necessary and the Cu concentration and Ni concentration in the bath are measured. More precisely, the replenishing lead-free solder described above is added to the bath before the Cu concentration in the bath rises by a maximum of 0.5 wt.% Relative to its predetermined value, and the Ni concentration in the bath decreases by a maximum of 0.03 wt.% Relative to its predetermined quantities. The reference value is set in the same way as described in the previous embodiment, in which HASL is used in the process following soldering.

С точки зрения численной оценки получили такой же результат корректировки концентрации, что и в следующем за пайкой процессе с использованием HASL. В другом варианте осуществления получают такой же результат, что в следующем за пайкой процессе с использованием HASL. Более точно, когда в любое время вводят бессвинцовый припой, содержащий Sn в качестве основного компонента, Сu в концентрации более 1,2 мас.% и Ni в концентрации менее 0,01 мас.% или более 0,5 мас.%, повышение концентрации Сu в ванне невозможно регулировать, и невозможно осуществлять корректировку концентрации. Когда используют бессвинцовый припой, содержащий Сu в концентрации менее 1,2 мас.% и Ni в концентрации в пределах от 0,01 мас.% включительно до 0,5 мас.% включительно, можно осуществлять регулирование концентрации. В частности, регулирование концентрации относительно быстро осуществляют при использовании бессвинцового припоя, в котором концентрация Сu равна или меньше 0,7 мас.%. Когда концентрация Сu равна или меньше 0,5 мас.%, регулирование концентрации осуществляют даже еще быстрее. Быстрее и надежнее всего регулирование концентрации Сu осуществляют, когда добавляют бессвинцовый припой, который вообще не содержит Сu.From the point of view of numerical evaluation, we obtained the same result of adjusting the concentration as in the process following the soldering using HASL. In another embodiment, the same result is obtained as in the soldering process using HASL. More precisely, when a lead-free solder containing Sn as the main component is introduced at any time, Cu at a concentration of more than 1.2 wt.% And Ni at a concentration of less than 0.01 wt.% Or more than 0.5 wt.%, Increasing the concentration Cu in the bath cannot be controlled, and concentration adjustment is not possible. When using a lead-free solder containing Cu in a concentration of less than 1.2 wt.% And Ni in a concentration ranging from 0.01 wt.% Inclusive to 0.5 wt.% Inclusive, it is possible to control the concentration. In particular, the regulation of the concentration is relatively quickly carried out using a lead-free solder in which the concentration of Cu is equal to or less than 0.7 wt.%. When the concentration of Cu is equal to or less than 0.5 wt.%, The regulation of the concentration is carried out even faster. The fastest and most reliable way to control the concentration of Cu is when a lead-free solder is added that does not contain Cu at all.

В другом варианте осуществления в бессвинцовом припое, содержащем Sn в качестве основного компонента, Сu в концентрации, равной или меньшей 1,2 мас.%, Ni в концентрации в пределах от 0,01 мас.% включительно до 0,5 мас.% включительно, стабилизируют концентрацию Ni в ванне с точностью до соответствующего интервала, в частности, от 0,02 мас.% включительно до 0,08 мас.% включительно. Если концентрация Ni находится в пределах от 0,05 мас.% включительно до 0,3 мас.% включительно, концентрацию Ni в ванне быстрее регулируют с точностью до соответствующего интервала. Снизившуюся концентрацию Ni в ванне восстанавливают быстрее всего и растворяют источник образования интерметаллических соединений (Ni,Cu)6Sn5, образующийся в результате повышения концентрации Ni, если концентрация Ni находится в пределах от 0,1 мас.% включительно до 0,2 мас.% включительно.In another embodiment, in a lead-free solder containing Sn as the main component, Cu in a concentration equal to or less than 1.2 wt.%, Ni in a concentration ranging from 0.01 wt.% Inclusive to 0.5 wt.% Inclusive stabilize the concentration of Ni in the bath accurate to the appropriate interval, in particular from 0.02 wt.% inclusive to 0.08 wt.% inclusive. If the Ni concentration is in the range from 0.05 wt.% Inclusive to 0.3 wt.% Inclusive, the concentration of Ni in the bath is more quickly controlled with accuracy to the appropriate interval. The decreased Ni concentration in the bath is restored most quickly and the source of the formation of intermetallic compounds (Ni, Cu) 6 Sn 5 , which is formed as a result of an increase in the Ni concentration, is dissolved if the Ni concentration is in the range from 0.1 wt.% Inclusive to 0.2 wt. % inclusive.

Варианты осуществления настоящего изобретения описаны лишь в качестве примеров. Преимущества настоящего изобретения обеспечивает любой из описанных выше вариантов осуществления, даже если бессвинцовый припой для пополнения помимо Сu и Ni содержит германий (Ge) и фосфор (Р) в качестве ингибитора окисления в концентрации около 0,1 мас.% каждый. В любом из описанных вариантов осуществления пополняющий бессвинцовый припой добавляют многократно. Преимущества настоящего изобретения обеспечиваются, даже если пополняющий бессвинцовый припой добавляют непрерывно, постоянно или периодически в соответствии с режимом пайки (например, в зависимости от типа деталей, обрабатываемых за день объемов или стабильности условий процесса пайки) и измеряют концентрацию Сu и концентрацию Ni в ванне. Если операция пайки происходит в стабильных условиях, регулирование концентрации осуществляют путем непрерывного, постоянного или периодического добавления пополняющего бессвинцового припоя и измерения концентрации Сu и Ni. С помощью известного измерителя концентрации в сочетании с пополнителем осуществляют автоматическое регулирование концентрации и уменьшают изменение концентрации.Embodiments of the present invention are described by way of example only. The advantages of the present invention are provided by any of the above embodiments, even if the lead-free solder for refilling, in addition to Cu and Ni, contains germanium (Ge) and phosphorus (P) as an oxidation inhibitor at a concentration of about 0.1 wt.% Each. In any of the described embodiments, replenishing lead-free solder is added multiple times. The advantages of the present invention are provided even if the replenishing lead-free solder is added continuously, continuously or periodically in accordance with the soldering regime (for example, depending on the type of parts processed per day or the stability of the soldering process) and the Cu concentration and Ni concentration in the bath are measured. If the soldering operation occurs under stable conditions, the concentration is controlled by continuously, continuously or periodically adding replenishing lead-free solder and measuring the concentration of Cu and Ni. Using a known concentration meter in combination with a replenishment, automatic concentration control is performed and the concentration change is reduced.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Пополняемый бессвинцовый припой и способ регулирования концентрации Сu и Ni в ванне для пайки погружением согласно настоящему изобретению являются высокоэффективными средствами управления производством для применения при операции пайки в конкретном процессе с использованием HASL или штампа в следующем за пайкой процессе.Refillable lead-free solder and a method for controlling the concentration of Cu and Ni in an immersion brazing bath according to the present invention are highly effective production control means for use in a brazing operation in a particular process using HASL or a die in the process following the soldering.

Claims (5)

1. Бессвинцовый припой для пополнения ванны с бессвинцовым припоем на основе олова, содержащим медь и никель, для пайки погружением детали, представляющей собой печатную плату с покрытием из медной пленки или медный проволочный вывод, или медный ленточный вывод, которую после процесса пайки подвергают обработке с использованием воздушного ножа или штампа, при этом пополняющий бессвинцовый припой содержит Sn в качестве основного компонента и по меньшей мере Ni, концентрация которого составляет от 0,01 мас.% включительно до 0,5 мас.% включительно.1. Lead-free solder for replenishing a tin-based lead-free solder bath containing copper and nickel, for immersion soldering of a part that is a printed circuit board coated with a copper film or a copper wire terminal, or a copper tape terminal, which is processed after soldering using an air knife or stamp, while replenishing lead-free solder contains Sn as the main component and at least Ni, the concentration of which is from 0.01 wt.% inclusive to 0.5 wt.% inclusive . 2. Бессвинцовый припой по п.1, в котором концентрация Ni составляет от 0,05 мас.% включительно до 0,3 мас.% включительно.2. Lead-free solder according to claim 1, in which the concentration of Ni is from 0.05 wt.% Inclusive to 0.3 wt.% Inclusive. 3. Бессвинцовый припой по п.1, в котором концентрация Ni составляет от 0,1 мас.% включительно до 0,2 мас.% включительно.3. Lead-free solder according to claim 1, in which the concentration of Ni is from 0.1 wt.% Inclusive to 0.2 wt.% Inclusive. 4. Бессвинцовый припой по любому из пп.1-3, который дополнительно содержит Cu, концентрация которого составляет до 1,2 мас.%.4. Lead-free solder according to any one of claims 1 to 3, which further comprises Cu, the concentration of which is up to 1.2 wt.%. 5. Способ регулирования концентрации меди и никеля в ванне с бессвинцовым припоем на основе олова, содержащим медь и никель, для пайки погружением детали, представляющей собой печатную плату с покрытием из медной пленки или медный проволочный вывод, или медный ленточный вывод, при котором деталь погружают в ванну для осуществления пайки и возвращают в ванну припой, удаляемый с детали воздушным ножом или штампом, при этом измеряют концентрацию меди и никеля в припое, и до того, как концентрация Cu в припое увеличится максимально на 0,5 мас.% относительно ее заданной величины, а концентрация Ni снизится максимально на 0,03 мас.% относительно ее заданной величины, осуществляют пополнение ванны припоя введением бессвинцового припоя, содержащего Sn в качестве основного компонента и по меньшей мере Ni, концентрация которого составляет от 0,01 мас.% включительно до 0,5 мас.% включительно. 5. A method for controlling the concentration of copper and nickel in a tin-based lead-free solder bath containing copper and nickel for immersion soldering of a component consisting of a printed circuit board coated with a copper film or a copper wire terminal, or a copper tape terminal in which the component is immersed in the bath for soldering and return to the bath the solder that is removed from the part with an air knife or a stamp, while the concentration of copper and nickel in the solder is measured, and before the concentration of Cu in the solder increases by a maximum of 0.5 wt% rel relative to its predetermined value, and the Ni concentration will decrease by a maximum of 0.03 wt.% relative to its predetermined value, replenish the solder bath by introducing a lead-free solder containing Sn as the main component and at least Ni, the concentration of which is from 0.01 wt. wt.% inclusive up to 0.5 wt.% inclusive.
RU2007148249/02A 2005-07-19 2006-07-19 Replanishable leadless solder and method of concentrating copper and nickel in soldering bath RU2410222C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005208134 2005-07-19
JP2005-208134 2005-07-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007148249A RU2007148249A (en) 2009-08-27
RU2410222C2 true RU2410222C2 (en) 2011-01-27

Family

ID=37668804

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007148249/02A RU2410222C2 (en) 2005-07-19 2006-07-19 Replanishable leadless solder and method of concentrating copper and nickel in soldering bath

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7861909B2 (en)
EP (1) EP1911543B1 (en)
JP (1) JPWO2007010927A1 (en)
CN (1) CN101223002B (en)
ES (1) ES2382841T3 (en)
RU (1) RU2410222C2 (en)
TW (1) TWI465312B (en)
WO (1) WO2007010927A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10286497B2 (en) 2014-04-30 2019-05-14 Nihon Superior Co., Ltd. Lead-free solder alloy

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009051181A1 (en) * 2007-10-19 2009-04-23 Nihon Superior Sha Co., Ltd. Lead-free solder alloy
JP2011065936A (en) * 2009-09-18 2011-03-31 Hitachi Cable Ltd Conductor for flexible flat cable, method of manufacturing the same, and flexible flat cable employing the same
CN102337422B (en) * 2010-07-21 2015-12-09 中国科学院金属研究所 A kind of high temperature bends down the unleaded application warding off tin alloy of corrode
DE102010038452A1 (en) * 2010-07-27 2012-02-02 Robert Bosch Gmbh Conductor cross-section with tinning
CN115066097A (en) * 2022-05-24 2022-09-16 福建福强精密印制线路板有限公司 Control method for lead-free tin spraying of circuit board

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3924794A (en) * 1973-08-14 1975-12-09 Us Energy Solder leveling process
US4619841A (en) * 1982-09-13 1986-10-28 Schwerin Thomas E Solder leveler
US5110036A (en) * 1990-12-17 1992-05-05 At&T Bell Laboratories Method and apparatus for solder leveling of printed circuit boards
CN1087994C (en) * 1995-09-29 2002-07-24 松下电器产业株式会社 Lead-free solder
US5837191A (en) * 1996-10-22 1998-11-17 Johnson Manufacturing Company Lead-free solder
JP3575311B2 (en) * 1998-01-28 2004-10-13 株式会社村田製作所 Pb-free solder and soldering article
CA2288817C (en) 1998-03-26 2005-07-26 Nihon Superior Sha Co., Ltd. Lead free solder alloy
JP2000197988A (en) 1998-03-26 2000-07-18 Nihon Superior Co Ltd Leadless solder alloy
GB2346380B (en) * 1999-01-28 2001-07-11 Murata Manufacturing Co Lead-free solder and soldered article
JP3036636B1 (en) * 1999-02-08 2000-04-24 日本アルミット株式会社 Lead-free solder alloy
JP3312618B2 (en) * 2000-02-03 2002-08-12 千住金属工業株式会社 How to supply additional solder to the solder bath
JP3221670B2 (en) 2000-02-24 2001-10-22 株式会社日本スペリア社 Copper concentration control method for dip solder bath
HUP0104903A3 (en) 2000-03-17 2002-05-28 Tokyo First Trading Company Lead-free solder alloy
JP2001287082A (en) 2000-04-05 2001-10-16 Fuji Electric Co Ltd Solder
JP3786251B2 (en) * 2000-06-30 2006-06-14 日本アルミット株式会社 Lead-free solder alloy
US20020155024A1 (en) * 2000-10-27 2002-10-24 H-Technologies Group, Inc. Lead-free solder compositions
US20040241039A1 (en) * 2000-10-27 2004-12-02 H-Technologies Group High temperature lead-free solder compositions
US6689488B2 (en) * 2001-02-09 2004-02-10 Taiho Kogyo Co., Ltd. Lead-free solder and solder joint
CN1240515C (en) * 2001-02-27 2006-02-08 日商·胜美达股份有限公司 Unleaded solder alloy and electronic components using it
US20030021718A1 (en) * 2001-06-28 2003-01-30 Osamu Munekata Lead-free solder alloy
DE60109827T2 (en) * 2001-08-30 2006-04-20 Sumida Corp. LEAD-FREE SOLDERING ALLOY AND THESE ELECTRONIC PARTS USED
JP2003082448A (en) * 2001-09-11 2003-03-19 Hitachi Cable Ltd Tin-plated extra-fine copper wire, stranded wire using the same, and method for manufacturing tin-plated extra-fine copper wire
JP2005512813A (en) * 2001-12-15 2005-05-12 プファル・シュタンツテヒニク・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング Lead-free soft solder
US6602777B1 (en) * 2001-12-28 2003-08-05 National Central University Method for controlling the formation of intermetallic compounds in solder joints
WO2003059564A1 (en) 2002-01-10 2003-07-24 Senju Metal Industry Co., Ltd. Soldering method and solder alloy for additional supply
JP2004017093A (en) * 2002-06-17 2004-01-22 Toshiba Corp Lead-free solder alloy and lead-free solder paste using the same
US7029542B2 (en) * 2002-07-09 2006-04-18 Senju Metal Industry Co., Ltd. Lead-free solder alloy
JP2004063509A (en) * 2002-07-24 2004-02-26 Toshiba Corp Method for soldering
US7172726B2 (en) * 2002-10-15 2007-02-06 Senju Metal Industry Co., Ltd. Lead-free solder
JP3878978B2 (en) * 2002-10-24 2007-02-07 コーア株式会社 Lead-free solder and lead-free fittings
JP2004261864A (en) * 2003-02-13 2004-09-24 Fuji Electric Device Technology Co Ltd Solder alloy, lead terminal and semiconductor element using the same
US7282175B2 (en) * 2003-04-17 2007-10-16 Senju Metal Industry Co., Ltd. Lead-free solder
JP2005026188A (en) * 2003-07-03 2005-01-27 Koa Corp Current fuse and manufacturing method of current fuse
CN1259172C (en) * 2004-05-28 2006-06-14 四川省有色冶金研究院 High performance leadless tin-copper solder for electronic elements
CN1905985B (en) * 2004-07-29 2010-12-08 千住金属工业株式会社 Lead-free solder alloy
DE102004038280B4 (en) * 2004-08-03 2006-07-27 W.C. Heraeus Gmbh Process for the production of ultrafine powder
KR20050030237A (en) * 2004-11-13 2005-03-29 삼성전자주식회사 Pb free solder alloy
KR20100113626A (en) * 2005-06-03 2010-10-21 센주긴조쿠고교 가부시키가이샤 Lead-free solder alloy
US7749340B2 (en) * 2005-10-24 2010-07-06 Indium Corporation Of America Technique for increasing the compliance of lead-free solders containing silver
US20070172381A1 (en) * 2006-01-23 2007-07-26 Deram Brian T Lead-free solder with low copper dissolution

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10286497B2 (en) 2014-04-30 2019-05-14 Nihon Superior Co., Ltd. Lead-free solder alloy
RU2695791C2 (en) * 2014-04-30 2019-07-26 Нихон Супериор Ко., Лтд. Lead-free solder

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007010927A1 (en) 2007-01-25
US20090289102A1 (en) 2009-11-26
CN101223002B (en) 2011-07-06
US7861909B2 (en) 2011-01-04
RU2007148249A (en) 2009-08-27
TW200724282A (en) 2007-07-01
EP1911543A4 (en) 2009-06-17
EP1911543A1 (en) 2008-04-16
JPWO2007010927A1 (en) 2009-01-29
ES2382841T3 (en) 2012-06-13
EP1911543B1 (en) 2012-05-02
TWI465312B (en) 2014-12-21
CN101223002A (en) 2008-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2410222C2 (en) Replanishable leadless solder and method of concentrating copper and nickel in soldering bath
US20020159913A1 (en) Sn-Ag-Cu solder and surface treatment and parts mounting methods using the same
DE60127911T2 (en) A method of controlling the composition of a braze solder alloy in a solder bath
US6474537B1 (en) Soldering method using a Cu-containing lead-free alloy
EP1464431B1 (en) Soldering method with refiling with solder having an oxidation suppressing element
Nobari et al. Effect of Ag, Ni and Bi additions on solderability of lead-free solders
Hillman et al. Dissolution rate of specific elements in SAC305 solder
JP4407385B2 (en) Method of preventing shrinkage of soldered part, solder alloy and module parts for electronic equipment
JP4151409B2 (en) Soldering method
Troxel et al. Acceptance Testing Of Low-Ag Reflow Solder Alloys
US20080142124A1 (en) Solder alloy, electronic board using the solder alloy, and method of manufacturing the electronic board
KR100560708B1 (en) A method for soldering
Barbini et al. Lead‐Free Wave Soldering
JP2004261864A (en) Solder alloy, lead terminal and semiconductor element using the same
Hunt et al. A test methodology for copper dissolution in lead-free alloys
CN115927908A (en) Solder alloy and soldered joint
Novák et al. Usage of inert atmosphere for solderability testing
Izuta et al. Simplified measuring method of copper concentration in solder bath utilizing copper dissolution
JP2009297789A (en) Method for preventing shrinkage cavity at soldered portion, solder alloy and modular component for electronic apparatus
Yasuda Characterization for dynamic micro wetting of lead-free solder paste
Biocca Creating Solder Joint Reliability with SnCu Based Solders